1. Science：首次實驗實現，具有兩個獨立合成維度的單個光學腔
合成維度的概念為實現有效的規范勢和拓撲物理學提供了多功能平臺。近年來，從超冷原子物理學到光子學，合成維度引起了許多科學領域的關注。近日，斯坦福大學Shanhui Fan和上海交大Luqi Yuan等人首次在實驗上實現，在單個光學腔內人工合成兩個獨立的物理維度。該系統由一個時間調制的環形諧振器組成，該諧振器在順時針和逆時針模式之間具有空間耦合，沿著頻率和偽自旋自由度為光子在環中傳播創建了一個合成霍爾梯。研究人員還觀察到光場等效磁規范勢、拓撲單項邊界流等物理現象，這些信號合成維度上得到明顯體現。這樣研究表明，利用合成維度的概念可以在簡單的系統中研究高維物理，并未光場操縱提供了新的思路。
2. Nature：首次實現二維冰的邊界和生長結構的高分辨成像
經過近百年的探索，人們已經發現了冰的18種晶相（三維冰相）。然而，冰在二維極限下是否能獨立穩定存在？這個問題有很大的爭議。近日，北京大學江穎，徐莉梅，王恩哥，美國內布拉斯加大學林肯分校曾曉成等通過精確控制溫度和水壓，成功在疏水的金襯底（Au(111)）上生長出了一種單晶二維冰結構，這種二維冰可以完全鋪滿襯底。二維冰的亞分子級分辨成像和理論計算表明，所有的氫鍵都被飽和，結構非常穩定，與襯底相互作用很弱，是一種本征的二維冰結構。該工作改變了一百多年來人們對冰相的傳統認識，開啟了探究二維冰家族系列的大門。(本文參考自北京大學國際量子材料中心官網)
RunzeMa, Duanyun Cao, Chongqin Zhu, Ye Tian, Xiao Cheng Zeng*, Li-Mei Xu*, En-GeWang,* Ying Jiang*, et al.Atomic imaging of the edge structure and growth of atwo-dimensional hexagonal ice. Nature, 2019
https://www.nature.com/articles/s41586-019-1853-4
3. Nature: 鐵電薄膜中迷宮結構域圖案的逆轉變
相分離是一個協同過程，其動力學為介觀尺度上的疇結構的有序形態形成提供了基礎。高度簡并的凍結狀態系統可能會出現罕見且違反直覺的逆對稱破壞現象。阿肯色大學Y. Nahas團隊研究發現，在亞臨界淬火后，Pb(Zr0.4Ti0.6)O3超薄膜中鐵電疇的非平衡自組裝會導致形成迷宮或迷宮式圖案，并具有曲折的條紋疇。此外，隨著溫度的升高，這種高度簡并的迷宮相經歷了逆轉變，由此在高溫下順電開始之前，其轉變為不太對稱的平行條紋疇結構。
研究發現，該相序可歸因于疇壁的熵增加，而疇域的拉直和粗化主要由拓撲缺陷的松弛和擴散驅動。BiFeO3中逆偶極轉變的計算模型和實驗觀察表明，該現象在鐵電氧化物中具有普遍性。通過在鐵電薄膜中實現根本上的新設計原理和拓撲上增強的功能，可以在當前領域和基于域壁的技術之外使用許多自構圖狀態及其所體現的各種拓撲缺陷。
Inversetransition of labyrinthine domain patterns in ferroelectric thin films，Nature，2020
https://www.nature.com/articles/s41586-019-1845-4
4. Nature：AI技術輔助乳腺癌篩查
早期胸部腫瘤X射線透視法的目的是在疾病較早的階段識別乳腺癌，以便更成功地進行治療。盡管全世界都存在篩查程序，但乳房X線照片的解釋受假陽性率和假陰性率的影響。于此，谷歌健康Scott MayerMcKinney、Daniel Tse和ShravyaShetty等人提出了一種人工智能（AI）系統，該系統能夠在乳腺癌預測方面超越人類專家。為了評估其在臨床環境中的性能，研究人員選擇了來自英國的大型代表性數據集和來自美國的大型豐富數據集。
結果顯示假陽性絕對減少了5.7%和1.2%（美國和英國），假陰性絕對減少了9.4%和2.7%。在對六位放射科醫生的獨立研究中，人工智能系統的表現優于所有人類解讀者：人工智能系統的接收器工作特性曲線（AUC-ROC）下的面積比普通放射科醫生的AUC-ROC大11.5%。對人工智能系統參與英國使用的雙讀過程進行了仿真模擬，結果發現AI系統保持了不遜色的性能并將工作量減少了88％。AI系統的強大評估為臨床試驗鋪平了道路，以提高乳腺癌篩查的準確性和效率。
McKinney, S.M., Sieniek, M.,Godbole, V. et al. International evaluation of an AI systemfor breast cancer screening. Nature 577, 89–94 (2020)
DOI: 10.1038/s41586-019-1799-6
https://doi.org/10.1038/s41586-019-1799-6
5. Nature：卡介苗靜脈注射預防獼猴結核病
結核分枝桿菌（Mycobacterium tuberculosis，Mtb）是世界范圍內感染致死的主要原因。唯一可用的疫苗卡介苗（Bacillus Calmette Guérin）是皮內接種的，對肺結核（肺結核是導致死亡和疾病傳播的主要原因）有不同的療效。近日，美國國立衛生研究院RobertA. Seder等研究人員，提出靜脈注射卡介苗（BCG）可在獼猴中預防結核病。與皮內或氣霧劑給藥相比，靜脈免疫在血液、脾臟、支氣管肺泡灌洗液和肺淋巴結中誘導的CD4和CD8 T細胞應答明顯增強。
此外，靜脈免疫誘導了高頻率的抗原反應性T細胞穿過所有肺實質組織。卡介苗接種6個月后，用強毒Mtb攻擊獼猴。值得注意的是，在接受卡介苗靜脈接種的獼猴中，每10只獼猴中有9只受到了高度保護，其中6只獼猴沒有檢測到感染水平，這是由正電子發射斷層掃描成像、分枝桿菌生長、病理學和肉芽腫形成所決定的。靜脈注射卡介苗預防或實質性限制高度敏感獼猴Mtb感染的發現，對疫苗的接種和臨床發展具有重要意義，為確定疫苗誘導預防結核病的免疫相關性和機制提供了模型。
Patricia A. Darrah, Joseph J. Zeppa, PaulineMaiello, et al. Prevention of tuberculosis in macaques afterintravenous BCG immunization. Nature, 2019.
DOI: 10.1038/s41586-019-1817-8
https://www.nature.com/articles/s41586-019-1817-8
6. Nature Commun.:二維極限下的晶界工程助力高性能氫析出反應
具有原子級別厚度的過渡金屬二硫化合物在電催化領域吸引了諸多關注。到目前為止，人們已經廣泛地研究了其邊緣、摻雜的異質原子以及缺陷在氫析出反應中作為活性位點進行水的分解。然而，晶界這種在過渡金屬二硫化合物中較為典型的缺陷結構的催化效應卻因為其低密度和多變的形式而被忽略了。
在本文中，上海大學的Minghong Wu,新加坡南南洋理工大學的Qijie Wang、Zheng Liu以及西班牙加泰羅尼亞納米科學與技術研究所的JordiArbiol等人成功地合成了晶界密度高達1012cm-2的原子級別厚度的過渡金屬二硫化合物薄膜并對晶界的電催化效應進行了系統研究。他們利用微電化學測試發現這種納米晶薄膜表現出優異的電催化性能，其起始電位為-25mV,Tafel斜率為54mV/dec。此外，他們還提出了一種爬升驅動0D/2D相互作用來解釋這種富晶界薄膜在氫析出反應中的催化機制。
YongminHe, Minghong Wu, Qijie Wang, Zheng Liu, Jordi Arbiol et al, Engineering grainboundaries at the 2D limit for the hydrogen evolution reaction,Nature Communications, 2020
https://www.nature.com/articles/s41467-019-13631-2?utm_source=feedburner&utm_medium=feed&utm_campaign=Feed%3A+ncomms%2Frss%2Fcurrent+%28Nature+Communications+-+current%29
7. AM：Co摻雜Sr2Fe1.5Mo0.5O6–δ中CoFe合金納米顆粒可逆脫溶/溶解的原位研究
金屬納米粒子在鈣鈦礦中的可逆析出和溶解是提高CO2電解性能的有效策略。然而，目前關于金屬納米顆粒在鈣鈦礦中可逆的析出和溶解的基本認識仍然很少近日，中科院大連化物所汪國雄等人報道了通過原位X射線衍射、掃描透射電子顯微鏡、環境掃描SEM和密度泛函理論計算揭示的CoFe合金納米顆粒在Co摻雜Sr2Fe1.5Mo0.5O6–δ（SFMC）中的原位脫溶和溶解。在還原性氣氛下，Co的易溶析出促進了Fe陽離子的還原，從而在SFMC中生成CoFe合金納米顆粒，并在800℃下由雙鈣鈦礦結構轉變為層狀鈣鈦礦。
在氧化氣氛下，球形CoFe合金納米顆粒首先被氧化成扁平的CoFeOx納米薄片，然后溶解到塊體中，結構從層狀鈣鈦礦變回雙層鈣鈦礦。電化學上，由于CoFe合金納米顆粒的再生能力，可以在12個氧化還原循環中恢復CO2電解性能。通過還原法將CoFe合金納米顆粒錨定在SFMC鈣鈦礦中，可以提高CO2電解性能和穩定性。
HoufuLv, Le Lin, Xiaomin Zhang, Yuefeng Song, Hiroaki Matsumoto, Chaobin Zeng, NaTa, Wei Liu, Dunfeng Gao, Guoxiong Wang, Xinhe Bao. In Situ Investigation ofReversible Exsolution/Dissolution of CoFe Alloy Nanoparticles in a Co‐Doped Sr2Fe1.5Mo0.5O6?δ Cathode for CO2 Electrolysis. Advanced Materials. 2020
DOI: 10.1002/adma.201906193
https://doi.org/10.1002/adma.201906193
8. AM：高性能波長可調紫外分區光電探測器中連續的2D硫化鎵膜的缺陷控制
2D半導體由于其極大的的厚度相關性，在下一代電子和光電子領域展現出巨大的潛力。近日，來自牛津大學的Jamie H. Warner報道了一種化學氣相沉積法用于厚度的調控，可制備均勻連續有缺陷的硫化鎵（GaS）: GaS0.87 與化學計量配比可調的GaS。用X射線光電子能譜分析GaS0.87獨特的降解機理，并拍攝了環形暗場掃描透射電子顯微鏡，結果表明GaS差的穩定性與弱的光信號與缺陷位的光誘導氧化密切相關。在激光和強的紫外光下，理想配比的GaS的穩定性得到了增強，此外通過控制GaS中的缺陷，可以將光響應范圍從可見光調到紫外光，紫外分區。
理想配比的GaS適用在大規模且對紫外線敏感的高性能光電探測器陣列中，可以用于在大可見光噪聲下的信息編碼，響應時間短（<66 ms），具有出色的紫外光響應性（三層GaS為4.7 AW–1），與小帶隙2D半導體相比，信噪比提高了26倍。通過從2D半導體中的原子級結構到大規模器件性能的全面研究分析，深刻闡釋了缺陷的作用，被忽視的材料質量控制的重要性，以及如何提高器件性能的表現。層控制的缺陷GaS0.87和化學計量理想配比的GaS都被證明是可用于研究新現象和新應用的理想平臺。
YangLu, Jun Chen, Tongxin Chen, Yu Shu, Ren-Jie Chang, Yuewen Sheng, Viktoryia Shautsova, Nhlakanipho Mkhize, Philip Holdway, Harish Bhaskaran, andJamie H. Warner*. Advanced Materials. 2020.
DOI:10.1002/adma.201906958
https://doi.org/10.1002/adma.201906958
9. ACS Nano：不含氟的水性涂料，適用于環境友好、抗水性強、透氣性好的纖維織物
防水透氣膜(WBMs)同時具有環境友好性和高性能，具有廣泛應用的潛力。然而，制造這樣的材料仍然是一個艱巨的挑戰。近日，東華大學丁彬、王先鋒等研究人員，提出了一種簡單且可擴展的策略，通過分步浸涂和熱固化技術來制備無氟、高效且可生物降解的WBMs。含長烴鏈的超支化聚合物（ECO）涂層提供了高疏水性的電紡醋酸纖維素（CA）纖維基體，同時封閉的異氰酸酯交聯劑（BIC）涂層保證了烴段在CA表面的強附著。該膜具有優良的綜合性能，防水性為102.9 kpa，透氣性為12.3 kg m-2d-1，拉伸強度為16.0 mpa，遠優于以往報道的無氟纖維材料。此外，TCA膜在各種惡劣環境下都能保持疏水性。更重要的是，本策略被證明對其他幾種親水性纖維基質是普遍適用和有效的。這項工作不僅突出了材料的設計和制備，而且為環境友好、高性能的WBMs提供了廣闊的應用前景。
Jing Zhao, Weixia Zhu, Xianfeng Wang, et al. Fluorine-Free Waterborne Coating forEnvironmentally Friendly, Robustly Water-Resistant, and Highly BreathableFibrous Textiles. ACS Nano, 2019.
DOI: 10.1021/acsnano.9b08595
https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsnano.9b08595
